일제강점기 때 동해선 건설과정에서 부설된 철도로서 길이는 12.9km이다.
1936년에 개통되었으며 1946년 5월 사설철도인 삼척철도주식회사를 국유화하였다.
이 지역의 시멘트수송을 위해 건설된 것으로 영동선의 동해역에서 분기한다. 동해역과 삼척역 사이에는 무배차 간이역인 추암역과 삼척해변역이 자리하고 있다. 추암역은 동해역 기점 6.4km 지점에 1999년 5월에 설치되었고, 삼척해변역은 동해역 기점 7.8km에 2001년 7월에 후진역으로 설치되었다. 이후 2003년에 후진역을 삼척해변역으로 개칭하였다. 동해역에서 영동선 · 묵호항선 · 북평선 등과 연결된다.
이 노선의 열차운행은 통일호 등에 의해 이루어졌으나 1991년 8월부터 여객취급을 중지하였다. 현재는 화물전용노선으로 정기여객열차의 운행은 전무하다. 2007년 7월부터는 강릉 · 삼척간 바다열차 운행을 개시하였다.
삼척선은 현재 화물수송용으로 이용되고 있다. 1990년대 중반까지는 연간 100만 톤 이상의 화물을 처리하였으나, 2000년대 들어 화물수송량은 크게 감소하였다. 2008년에는 55만 8,639톤의 화물을 수송하였다. 화물은 대부분 시멘트이며, 2008년에 55만 8,360톤을 수송하였다. 이는 이 지역이 석회석 산지이고 시멘트 공장이 입지하고 있기 때문이다. 시멘트 이외의 화물로는 잡화 및 건설자재 등이 수송되고 있다.